Artículo escrito por Pablo Zárate Fraga, ingeniero industrial especializado en la gestión de grandes proyectos de Himoinsa.
La aplicación Data Center Continuous Power (DCC) experimenta una creciente demanda en el sector de los grupos electrógenos con motores diésel. Esta aplicación está pensada para generadores como fuente de energía eléctrica alternativa en centros de Datos, con características específicas para responder a las necesidades de fiabilidad y disponibilidad que demanda la instalación de un data center. Pero ¿en qué se diferencia esta aplicación al ya existente stand-by o grupo en emergencia? ¿Qué es el Uptime Institute y cómo influye a la hora de seleccionar el mejor grupo electrógeno? ¿Cómo podemos saber cuál es el modelo que mejor se adapta a nuestro proyecto de data center?
Un sector en constante crecimiento
El incesante desarrollo de la actividad en Internet y de toda la industria asociada a esta tecnología da lugar a un flujo de información cada vez mayor a través de la red y a la necesidad imperante de almacenar una ingente cantidad de datos, gestionarlos y analizarlos en lo que hoy se conoce como Big Data. Como consecuencia de todo ello, el sector de la generación de energía ha tenido que adaptarse a esta nueva manera de operar y dar servicio a las nuevas necesidades de almacenamiento de información de diferentes industrias como la banca, el comercio, el entretenimiento e incluso las administraciones públicas.
Los data centers que permiten a empresas y usuarios un rápido acceso a los datos, tienen un consumo notable de energía eléctrica, no sólo para su funcionamiento ordinario sino también para la refrigeración de las salas donde se ubican. Estas instalaciones deben mantenerse en torno a los 20ºC, la temperatura óptima de trabajo de los servidores. Cualquier caída en el suministro de la red, apenas unos minutos, podría interrumpir el trabajo de toda una empresa y provocar importantes pérdidas en términos económicos. Así pues, la energía eléctrica que alimente dichas instalaciones, no sólo ha de ser estable sino que su continuidad debe estar asegurada mediante fuentes de suministro redundantes. Y en este punto es donde entran en juego los generadores eléctricos específicamente diseñados para el CPD.
La elección de uno u otro de los actualmente disponibles en el mercado dependerá de varios factores:
– 1.- La fiabilidad de la red eléctrica principal.
– 2.- El presupuesto disponible para la instalación.
– 3.- La sensibilidad de los datos almacenados en el data center, que determinará si es necesario un mayor o menor grado de protección frente a posibles caídas en la red.
El Uptime Institute y sus especificaciones
Para dar un buen servicio ininterrumpido al cliente, en especial cuando se manejan datos sensibles, la fiabilidad y disponibilidad de un data center son cualidades clave. Ambas dependen en gran medida del suministro eléctrico y por ello, es importante escoger un sistema de alimentación acorde a la importancia de los datos que se manejan y equipos de gran calidad y eficacia probada.
El Uptime Institute es el organismo reconocido internacionalmente que especifica y certifica cómo se han de diseñar las instalaciones para data center y las clasifica en función de su disponibilidad en cuatro niveles: Tier I, II, III y IV. El factor que determina si una instalación se encuentra en uno u otro nivel es precisamente el número de fuentes disponibles de suministro continuado y de fuentes de suministro en emergencia.
Para contestar a la pregunta de cómo afecta la clasificación del Uptime Institute al dimensionamiento de los grupos electrógenos que se van a instalar, es importante comprender cómo este organismo diferencia entre fuente de suministro en emergencia y fuente de suministro alternativa. La primera es la que se ajusta a los requerimientos que la institución clasifica como Tier I y Tier II. La segunda, es la necesaria para un centro de datos que requiera un nivel de disponibilidad Tier III y Tier IV.
Para que una fuente de suministro de energía se considere alternativa y cumpla así con los requerimientos marcados como Tier III y IV del Uptime Institute, tiene que ser capaz de suministrar potencia eléctrica de manera continua en caso de fallo de la fuente principal. Esto quiere decir que un grupo electrógeno debería ser dimensionado de tal manera que pudiese suministrar potencia al nivel de carga requerido de manera continua sin limitación de horas. Si nos fijamos en la normativa ISO 8528-1:2005 este modo de funcionamiento estaría catalogado como COP (Continuous Operation Power).
Dimensionar el grupo según la potencia COP
Ya tenemos una declaración de potencia para trabajo en continuo, ¿por qué no usarla? La potencia declarada para COP de un motor se encuentra en torno al 80-90% de la potencia nominal o prime. Dimensionar los grupos en función de su potencia COP conlleva seleccionar motores más grandes con el correspondiente aumento de costes de estos y los derivados de un mayor espacio necesario para su instalación y su refrigeración. Además, el motor no estaría trabajando en su punto más eficiente de carga, el cual se encuentra cercano al 100% de su potencia.
Por este motivo, para ser más competitivos en el mercado y ahorrar costes innecesarios al cliente final, los principales fabricantes de motores diésel para generación han incorporado una nueva declaración de potencia, el Data Center Continuous (DCC). En la mayoría de casos coincide con su declaración PRP según ISO 8528-1:2005, es decir, el 100% de la potencia, pero con la diferencia de que en este caso es suministrada de manera continua. Estos mismos fabricantes, tras un estudio estadístico de las probabilidades de fallo y teniendo en cuenta la experiencia en instalaciones existentes, han determinado que, en aquellos países con una red estable, la frecuencia con la que los grupos en emergencia entran en operación es mínima y cuando lo hacen es por un periodo de tiempo muy reducido. Por esta razón están en condiciones de permitir un alto porcentaje de carga en sus motores durante su funcionamiento.
¿Cómo encaja esta nueva declaración de potencia DCC con los requerimientos del Uptime Institute?
Aunque la potencia PRP no se pueda mantener indefinidamente en un motor (por la carga mecánica y térmica que soporta éste), los fabricantes de motores que utilizan esta nueva declaración DCC garantizan su uso sin límites de tiempo ni de porcentajes medios de carga. Por lo tanto, los grupos electrógenos dimensionados según esta nueva declaración de potencia cumplirían con la clasificación Tier III y Tier IV del Uptime Institute, al cumplir con las condiciones de una fuente alternativa de potencia. Esto, como se ha mencionado, está ligado a la baja probabilidad de fallo de la fuente principal y por eso los fabricantes de motores limitan su uso a aquellos países con una red estable, llegando incluso en algunos casos a listar los países que, según su criterio, cuentan con una red fiable.
Por su puesto, si la red principal es suficientemente fiable, los datos que maneja el centro no son tan delicados y tenerlos disponibles en todo momento no es crucial, se puede reducir el porcentaje de disponibilidad de la instalación y recurrir a los niveles Tier I y Tier II del Uptime Institute. Esto permite seleccionar los grupos que se van a utilizar como reserva según su potencia Stand-By y reducir así el coste de la instalación.
El grupo electrógeno del data center
Las cualidades de un grupo electrógeno para aplicación de data center y de sus componentes coincidirán en gran medida con las de un grupo para emergencia para cualquier otra instalación pero, quizás, la elección de algunos de estos componentes se vuelve más crítica en los grupos DCC.
Entre todos los elementos, el más importante es el motor, ya que es aquí donde nace la potencia que un grupo electrógeno genera. El motor para una aplicación DCC deberá contar con un regulador electrónico de velocidad para poder alcanzar rápidamente unas condiciones favorables de tensión y frecuencia cuando un fallo de red demande su arranque y una vez estabilizados estos parámetros mantenerlos así mientras esté en funcionamiento. Para el dimensionamiento del motor no sólo se tendrán en cuenta los factores propios de esta aplicación vistos anteriormente si no, también, aquellos ambientales comunes a todas las aplicaciones como son temperatura ambiente y altitud.
El arranque también es relevante en la selección de motores para esta aplicación en la que la fiabilidad es crucial. De hecho, HIMOINSA puede mejorar el arranque que incluyen los motores de serie incorporando sistemas redundantes con dos motores eléctricos con sistemas independientes de baterías o la combinación de un motor eléctrico y otro neumático o hidráulico.
La elección de unas baterías libres de mantenimiento y de un buen nivel de intensidad suministrada en el arranque también es clave. Además, para facilitar la tarea del arrancador y conseguir un arranque rápido y una aceptación de la carga en el menor tiempo posible es importante, como en cualquier aplicación Stand-By, la utilización de resistencias de caldeo para el líquido refrigerante que se encuentra en el bloque motor. De esta manera, el motor estará a la temperatura óptima en caso de fallo de red. La resistencia se puede acompañar de una bomba que ayude a la circulación del refrigerante para un caldeo más homogéneo del bloque. Por último, una buena lubricación previa mediante bomba de aceite mejorará también el arranque.
El alternador sería la otra pieza clave del grupo generador. Una tarjeta automática de regulación de voltaje AVR eficaz mantendrá la variación de voltaje en valores inferiores al 0.5% y un buen diseño y fabricación del bobinado mantendrán valores bajos de distorsión armónica y de interferencias con telecomunicaciones. La utilización de imán permanente PMG garantiza una alimentación de la AVR independiente al bobinado principal y segura en caso de cargas repentinas, lo que garantiza al regulador una buena potencia de excitación en todo momento. Una buena imprimación en el bobinado, envolventes IP23 e incluso resistencias anti-condensación son claves para la durabilidad del alternador especialmente en aquellas zonas con niveles altos de humedad en el ambiente.
El sistema de refrigeración elegido también es importante en este tipo de instalaciones ya que en ocasiones los grupos se sitúan en pisos bajos o subterráneos con reducidas aperturas para un buen flujo de aire del exterior. De ahí la necesidad de que el fabricante de los grupos electrógenos cuente con un buen equipo de ingeniería y experiencia para diseñar sistemas de refrigeración remotos que se encuentren en pisos superiores o en la cubierta y que refrigeren el motor por medio de intercambiadores de calor y circuitos secundarios.
La central del grupo será la encargada de controlar, medir y gestionar todos estos elementos. Existen centrales en el mercado de diferentes marcas y para diferentes aplicaciones. HIMOINSA cuenta con sus propias centrales especialmente diseñadas para el control de sus grupos y que además son capaces de detectar fallos en la red para dar la orden de arranque del grupo electrógeno. Estas centrales tienen la posibilidad de incluir diferentes protocolos de comunicación para integrar el grupo electrógeno y sus parámetros de operación y alarmas en los sistemas de gestión de la instalación del edificio. También pueden ser monitorizadas y controladas remotamente.
Conclusiones
Cuanto más sensibles sean los datos gestionados por un Data Center y más importante sea tenerlos disponibles en todo momento, mayor deberá ser la fiabilidad de las instalaciones de energía que alimentan de manera continua y en caso de emergencia los equipos. Como parte fundamental de este tipo de instalaciones, el grupo electrógeno deberá ser dimensionado basándose en esos mismos criterios. En este punto, la declaración de potencia para la que se ha dimensionado el grupo será la que nos indique en qué nivel de disponibilidad se encuentra, en función de los criterios marcados por el Uptime Institute. Así, mientras un grupo electrógeno dimensionado según su potencia Stand-By cumplirá los requisitos Tier I y II, para alcanzar los niveles más altos de disponibilidad, Tier III y IV, será necesario dimensionarlo según su potencia DCC.
Himoinsa fabrica grupos electrógenos que cumplen con los estándares del mercado y los niveles más altos establecidos por el Uptime Institute y puede ofrecerle el asesoramiento necesario sobre la instalación que mejor se adapte a las necesidades de su Data Center.
